Автоматизирование проектирование конструкции и технологического процесса изготовления детали “Ролик” в среде SPRUT

Министерство  образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический  университет им. И.И. Ползунова»

 

 

Факультет ИРДПО

 

Кафедра САПР

 

 

Курсовая защищена с оценкой________________

 

Преподаватель                          В.А. Мальцев

(подпись                  И.О.Фамилия)

“____”___________2012г.

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

««Автоматизация конструкторского и технологического проектирования»

 

тема курсового проекта

«Автоматизирование проектирование конструкции и технологического процесса изготовления детали “Ролик” в среде SPRUT»

 

 

 

 

 

Студент группы:           7САПР(с)-01   А.В. Дюжев

           группа                                И.О., Фамилия

 

Преподаватель:                                  В.А. Мальцев

                должность, ученое звание И.О., Фамилия

 

 

 

 

 

 

БАРНАУЛ 2012

 

Содержание

 

Введение 3

1 Исходные  данные 4

1.1 Чертёж  детали 4

1.2 Программа  выпуска 4

1.3 Определение  серийности производства 4

1.4 Метод получения  заготовки 5

1.5 Материал  заготовки 6

1.6 Чертеж  заготовки 9

2 Автоматизированное  проектирование детали 9

2.1 Характеристика  и возможности системы SprutCAD 9

3 Автоматизированное  проектирование технологии изготовления  детали в системе SprutTP 11

3.1 Характеристика  и возможности системы SprutTP 11

3.2 Выдача  технологической документации 13

4 Разработка  управляющей программы 16

4.1 Характеристика  и возможности системы SprutCAM 16

4.2 Разработка  управляющей программы в системе  «SprutCAM» 17

Заключение 26

Список используемых источников 27

Приложение  А 28

Приложение  Б 29

Приложение  В 33

 

 

Введение

 

     CAD/CAM–системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM-систем. За последние годы CAD/CAM-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.     

Целью данного курсового проекта является автоматизированное проектирование конструкции и технологического процесса изготовления ролика в среде  SprutCAD, SprutTP, SprutCAM 2007 и SolidWorks 2009.     

Для достижения цели выполняются следующие задачи:

    1. создать модель ролика в среде «SprutCAD», определить необходимые параметры производства детали;
    2. разработать технологию изготовления детали в среде «SprutTP», сформировать технологическую документацию;
    3. разработать управляющую программу для токарной обработки ролика на станке с ЧПУ в среде «SprutCAM».

1 Исходные данные

1.1 Чертёж детали

Исходными данными проекта является чертёж проектируемого ролика (Приложение А).

1.2 Программа  выпуска

Программа выпуска изделия 1000 штук в год. 

1.3 Определение  серийности производства

 

     Тип производства деталей – серийный. Характеризуется одновременным  изготовлением на предприятии сравнительно широкой номенклатуры однородной продукции, выпуск которой повторяется в  течение продолжительного времени. Наибольшее распространение имеет  в машиностроении и металлообработке.     

Серийное  производство является основным типом  современного производства и предприятиями  этого типа выпускается в настоящее  время 75-80% всей продукции машиностроительной продукции.

Объем выпуска  предприятий серийного типа колеблется от десятков и сотен до тысяч регулярно  повторяющихся изделий. Используется универсальное и специализированное и частично специализированное оборудование. Широко используются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, находят применение гибкие автоматизированные системы станков  с ЧПУ, связанными транспортирующими  устройствами и управляемых с  помощью ЭВМ. Технологическая оснастка, в основном универсальная. В качестве исходных заготовок используется горячий  и холодный прокат, литье в землю  и под давлением, точное литье, поковки  и точные штамповки, прессовки, целесообразность применения которых также обосновывается технико-экономическими расчетами. Требуемая  точность достигается как методом  автоматического получения размеров, так и методами пробных ходов  и промеров с частичным применением  разметки.

 

1.4 Метод получения заготовки

Основные способы производства заготовок - литье, обработка давлением, сварка. Способ получения той или  иной заготовки зависит от служебного назначения детали и предъявляемых  к ней требований, от ее конфигурации и размеров, вида конструкционного материала, типа производства и других факторов.

Поскольку выбор метода получения заготовки определяется следующими факторами:

    1. технологическими свойствами материалов, его пластичностью;
    2. конструктивными формами и размерами детали;
    3. требуемой точностью размеров и качеством ее поверхности (шероховатость, остаточные напряжения и т.д.);
    4. величиной программного задания, то есть объемом продукции или типом производства;
    5. производственными возможностями оборудования;
    6. временем, затрачиваемым на подготовку производства (изготовление моделей, штампов, пресс-форм и т.д.);
    7. гибкостью производства, то есть возможностью быстрой переналадки оборудования и оснастки в условиях автоматизированного производства, -

 

       то  для изготовления требуемой заготовки  был выбран метод литья.

Литье металлов - это процесс получения  металлических изделий способом заливки (литья) расплавленного горячего металла в специальную форму. Такая форма, из которой родится  будущая «отливка» (так называют полученное при литье металлов металлическое  изделие), получила название «литейной  формы». Рабочая часть литейной формы  представляет собой полость, в которой  металл при литье, охлаждаясь, затвердевает и получает вид конечного изделия. Чаще всего используется метод статической заливки, когда осуществляется заливка металла в неподвижную литейную форму.

 

1.5 Материал заготовки

Материал заготовки: Сталь 20, ГОСТ 1050-88

Самая распространенная марка стали для производства фланцев и фланцевых соединений, сталь конструкционная углеродистая качественная получила самое широкое распространение в производстве трубопроводной арматуры, водо, газо, нефте оборудоваии. Фланцы из стали 20 применяются в котлостроении и других элементах тепло газо и нефтеснабжения, работающих при температурах до +350 С. Ниже приведены основные физические, химические, технологические свойства стали 20, применяемой как основной материал производства стальных фланцев.

Марка стали:

20

Заменитель стали:

15, 25

Классификация стали:

Сталь конструкционная углеродистая качественная

Применение стали:

трубы перегревателей, коллекторов  и трубопроводов котлов высокого давления, листы для штампованных деталей, цементуемые детали для  длительной и весьма длительной службы при температурах до 350 град.


Химический состав в % материала сталь 20 
ГОСТ 1050 - 88

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.17 - 0.24

0.17 - 0.37

0.35 - 0.65

до 0.25

до 0.04

до 0.04

до 0.25

до 0.25

до 0.08


Температура критических  точек материала сталь 20.

Ac1 = 724 ,      Ac3(Acm) = 845 ,       Ar3(Arcm) = 815 ,       Ar1 = 682


Механические  свойства (характеристики) при Т=20oС  материала сталь 20.

Сортамент

Размер

Напр.

sв

sT

d5

y

KCU

Термообр.

-

мм

-

МПа

МПа

%

%

кДж / м2

-

Прокат горячекатан.

до 80

Прод.

420

250

25

55

  

Нормализация

Пруток

  

Прод.

480

270

30

62

1450

Отжиг 880 - 900oC,

Пруток

  

Прод.

510

320

30.7

67

1000

Нормализация 880 - 920oC,


 

Твердость материала  сталь 20   после отжига,

HB 10 -1 = 163   МПа

Твердость материала   сталь 20   калиброванного нагартованного,      

HB 10 -1 = 207   МПа

Твердость материала сталь 20 , Трубы горячедеформир. ГОСТ 550-75      

HB 10 -1 = 156 МПа


Физические свойства (характеристики) материала сталь 20 .

T

E 10- 5

a 10 6

l

r

C

R 10 9

Град

МПа

1/Град

Вт/(м·град)

кг/м3

Дж/(кг·град)

Ом·м

20

2.13

  

52

7859

    

100

2.03

11.6

50.6

7834

486

219

200

1.99

12.6

48.6

7803

498

292

300

1.9

13.1

46.2

7770

514

381

400

1.82

13.6

42.8

7736

533

487

500

1.72

14.1

39.1

7699

555

601

600

1.6

14.6

35.8

7659

584

758

700

  

14.8

32

7617

636

925

800

  

12.9

  

7624

703

1094

900

      

7600

703

1135

1000

        

695

  

T

E 10- 5

a 10 6

l

r

C

R 10 9


Технологические свойства (характеристики) материала  сталь 20 .

Свариваемость:

без ограничений.

Флокеночувствительность:

не чувствительна.

Склонность к отпускной  хрупкости:

не склонна.


Литейно-технологические  свойства материала сталь 20 .

Температура плавления, °C:

1.1 - 2.2

Температура горячей обработки,°C:

3.3 - 4.4

Температура отжига, °C:

5.5 - 66


Обозначения:

Механические  свойства материала сталь 20:

sв

- Предел кратковременной  прочности , [МПа]

sT

- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной  деформации), [МПа]

d5

- Относительное удлинение  при разрыве , [ % ]

y

- Относительное сужение  , [ % ]

KCU

- Ударная вязкость , [ кДж  / м2]

HB

- Твердость по Бринеллю , [МПа]


Физические свойства материала сталь 20:

T

- Температура, при которой  получены данные свойства , [Град]

E

- Модуль упругости первого  рода , [МПа]

a

- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]

l

- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]

r

- Плотность материала  , [кг/м3]

C

- Удельная теплоемкость  материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]

R

- Удельное электросопротивление, [Ом·м]


Свариваемость материала  сталь 20:

без ограничений

- сварка производится  без подогрева и без последующей  термообработки

ограниченно свариваемая

- сварка возможна при  подогреве до 100-120 град. и последующей  термообработке

 

трудносвариваемая

 

- для получения качественных  сварных соединений требуются  дополнительные операции: подогрев  до 200-300 град. при сварке, термообработка  после сварки - отжиг


Аналоги стали 20 в  классификациях зарубежных сталей

Россия (ГОСТ)

Евронормы (EN)

Германия (DIN)

США (AISI)

Китай (GB)

20

1.1151

1.0402

1020

20


 

 

1.6 Чертеж заготовки

Эскиз получаемой заготовки представлен на Рисунке 1.

Рисунок 1– Эскиз заготовки детали

2 Автоматизированное  проектирование детали

2.1 Характеристика  и возможности системы SprutCAD

SprutCAD является  открытой конструкторской средой  для автоматизации труда конструкторов  и разработчиков систем проектирования.

SprutCAD в  полной мере поддерживает стандарт  ЕСКД и имеет расширяемый пользователем  набор сервисных функций. Это  позволяет создать на его основе  рабочее место конструктора, реально  автоматизирующее типовые проектные  операции, выполняемые конкретным  специалистом. Система имеет библиотеку  стандартных параметрических элементов,  работает с широким набором  шрифтов, позволяет создавать  иерархические графические базы  данных, компоновать новый чертеж  из имеющихся фрагментов, пополнять  в процессе эксплуатации пользовательскую  базу типовых решений. Реализована  возможность "интеллектуального  редактирования" - система автоматически  откорректирует чертеж при изменении  значения любого численного параметра. 

Параметризация: все геометрические объекты имеют  в системе двоякое представление: графическое и текстовое. Между  этими представлениями существует однозначная связь. Каждому изображенному  в графическом окне объекту соответствует  строка в программе и наоборот. При интерактивном выборе геометрического  элемента, автоматически выделяется строка программы, ему соответствующая, при выборе же строки, подсвечивается соответствующий графический элемент. Доступ к текстовому представлению  проектируемой модели позволяет  реализовать мощный потенциал качественной параметризации. Таким образом, в  поведение модели может быть заложена любая логика и изменяемость. Другими  словами, в зависимости от текущих  значений параметров модель может изменяться количественно и качественно  в той мере в которой это  Вы это предусмотрели при ее разработке. SprutCAD может быть использован в  качестве инструмента для автоматической генерации параметризованных программ на языке СПРУТ. Система так же обеспечивает возможность подключения  программ проектирования реализованных  средствами пакета СПРУТ, причем все  штатные функции определения  и редактирования графических элементов  чертежа реализованы средствами инструментального пакета СПРУТ  и поставляются в виде библиотеки в исходных текстах, что позволяет  конечному пользователю изменять и  дополнять набор используемых функций  по своему усмотрению.

Все это  позволяет создавать на базе системы SprutCAD проблемно-ориентированные графические  редакторы с высокой степенью автоматизации выполняемых как  расчетных, так и чертежных функций.

 

3 Автоматизированное  проектирование технологии изготовления детали в системе SprutTP

3.1 Характеристика  и возможности системы SprutTP

Отличительные особенности СПРУТ-ТП:

1) Работа  непосредственно с комплектом  активных документов, т.е. проектирование  ведется в бланке документа.  Система СПРУТ-ТП является единственной  технологической системой из  представленных на рынке, работающей  по этому принципу.

Подобная  организация работы максимально  приближена к привычной работе технолога, что позволяет снизить трудоемкость разработки ТП и максимально сократить  время освоения (дает возможность  получать результат сразу после  установки системы).

2) Наиболее  полный расчет технически обоснованных  норм времени. 

3) Самая  полная комплектность документов  по ЕСТД:

- около  200 форм бланков ЕСТД;

- простота  подключения собственных бланков. 

4) Системе  не требуется дополнительных  лицензий сторонних программных  продуктов для работы с документами  и их печати.

Решаемые  задачи:

1) Управление  проектами (Менеджер проектов):

- работа  на уровне заказа или изделия; 

- встроенная  система технологического документооборота;

- интеграция  с ведущими PDM/PLM системами: Лоцман, SWR-PDM, SWE-PDM, T-Flex Docs.

2) Ведение  конструкторских спецификаций (состав  изделий, заказы):

- создание  конструкторских спецификаций;

- импорт  из внешних систем: Компас, T-Flex, AVS и др.

3) Разузлование. Применение (заимствование):

- автоматическое  разузлование с подсчетом общего  количества ДСЕ на изделие; 

- поиск  и автоматическое применение  технологических процессов по  базе данных;

- поддержка  цеховых маршрутов (расцеховка).

4) Материальное  нормирование:

- встроенный  классификатор марок материалов  и сортаментов; 

- расчет  массы заготовки, коэффициента  использования материала (КИМ), нормы  расхода материала с учетом  длины проката или размеров  листа, ширины реза, учет минимальной  длины на зажим, подсчет числа  заготовок из проката. 

Проектирование  техпроцессов:

1) Маршрутное  и операционное проектирование.

2) Способы  разработки технологических процессов: 

- применение  ТП;

- интерактивное  заполнение техпроцессов с использованием  БД нормативно-справочной информации (НСИ);

- на  основе аналога копирование техпроцессов  из других проектов;

- автоматизированное  проектирование операций на основе  встроенных технологических знаний;

- на  основе шаблонов: параметризованных  техпроцессов с условиями выбора  операций, оборудования и др. данных;

- формирование  единичных ТП из типовых. 

3) Расчет  режимов обработки и трудовое  нормирование.

4) Формирование  сводных ведомостей и производственных документов.

5) Управление  нормативно-справочной информацией. 

 

3.2 Выдача технологической  документации

Разработка  технологического процесса изготовления ролика в системе SprutTP начинается с создания сборочной единицы и детали «Ролик» в ее составе. Для оформления технологической документации необходимо выбрать деталь и создать объект: «ТП обобщенной и механообработки». Состав полученной сборочной единицы представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Менеджер проектов – состав сборочной  единицы

Далее с  использованием встроенных мастеров прямого  проектирования при создании маршрутных и операционных карт задаем параметры  детали (материал, заготовка и т.д.). Итоговые параметры детали и заготовки  показаны на рисунке 3.

Рисунок 3 – Параметры детали и заготовки

Добавление  нового перехода – установка детали, показано на рисунке 4. Также проектируем  переходы. Для переходов из базы данных выбираем инструмент (режущий, измерительный, вспомогательный), вносим необходимые параметры (например, диаметр  поверхности, длина). Получаем готовую  операционную карту: ОК: Токарная.

Рисунок 4 – Добавление нового перехода –  установка детали

Оформленная технологическая документация в  полном объеме представлена в приложении Б.

 

4 Разработка управляющей программы

4.1 Характеристика  и возможности системы SprutCAM

Система SprutCAM является пакетом программ для  работы под управлением семейства  операционных систем Windows. Назначение системы – разработка управляющих  программ для обработки деталей  различной сложности на двух, двух с половиной, трех и четырех координатных станках с ЧПУ. SprutCAM используется при изготовлении штампов, пресс-форм, литейных форм, прототипов изделий, мастер-моделей, деталей машин и конструкций, оригинальных изделий, шаблонов; при  гравировке надписей и изображений.

Геометрическая  модель может быть подготовлена в  любой CAD-системе и передана в SprutCAM при помощи импорта файлов проектов формата IGES, DXF, STL, VRML, PostScript, 3dm или SGM.

Система имеет три основных режима работы: подготовка геометрической модели, двумерные  построения и формирование процесса обработки. Управление режимами работы производится выбором соответствующих  закладок на панели главного окна системы (3D Модель, 2D Геометрия, Технология).

В режиме подготовки геометрической модели производится импорт из файлов передачи геометрической информации, корректировка структуры  геометрической модели, пространственные преобразования объектов, генерация  новых элементов из существующих, а также управление визуальными  свойствами объектов.

Встроенная  среда двумерных геометрических построений позволяет создавать  двумерные геометрические объекты  в произвольных плоскостях. Среда  имеет мощные средства построения параметризованных  геометрических моделей и возможность  их привязки к координатам трехмерной модели.

В режиме Технология формируется процесс  обработки детали, который представляет собой последовательность технологических  операций различных типов. Изменение  их очередности и редактирование параметров возможны на любом этапе  проектирования техпроцесса. При создании новой технологической операции система автоматически устанавливает  весь набор параметров операции в значения 'по умолчанию' с учетом метода обработки и геометрических параметров детали. Имеется возможность доработки остаточного материала, обработки по заданной высоте гребешка, оптимизации обработки пологих и крутых участков, оптимизации по направлению уклона поверхности и прочие средства для получения оптимальной траектории движения инструмента. [4]

С закладки Технология осуществляется доступ к  постпроцессору для генерации управляющих  программ.

4.2 Разработка  управляющей программы в системе  «SprutCAM»

Для создания управляющей программы в системе  «SprutCAM» нужно выполнить следующие  действия:

1) импортировать  трёхмерное представление модели, созданной в пакете 3D-моделирования  SolidWorks 2009, как это показано на Рисунках 5,6.

Рисунок 5 – Кнопка «Импорт»

Рисунок 6 – Импортированная трёхмерная модель

1) выбрать  вкладку «Технология» и задать  вид и размеры заготовки, как  показано на Рисунке 7;

Рисунок 7 – Создание заготовки

Автоматизирование проектирование конструкции и технологического процесса изготовления детали “Ролик” в среде SPRUT 📙 Курсовая → 🆔 2269

Автоматизирование проектирование конструкции и технологического процесса изготовления детали “Ролик” в среде SPRUT 📙 Курсовая → 🆔 2269

Автоматизирование проектирование конструкции и технологического процесса изготовления детали “Ролик” в среде SPRUT